Biomechanics of the trunk and lower limbs during gait in individuals with and without chronic low back pain

Combining information on kinetics and kinematics of the trunk during gait is important for both clinical and research purposes, since it can help in better understanding the mechanisms behind changes in movement patterns in chronic low back pain patients. Although three-dimensional gait analysis has been used to evaluate chronic low back pain and healthy individuals, the reliability and measurement error of this procedure have not been fully established. The main purpose of this thesis is to gain a better understanding about the differences in the biomechanics of the trunk and lower limbs during gait, in patients and healthy individuals. To achieve these aims, three studies were developed. The first two, adopted a prospective design and focused on the reliability and measurement error of gait analysis. In these test-retest studies, chronic low back pain and healthy individuals were submitted to a gait assessment protocol, with two distinct evaluation moments, separated by one week. Gait data was collected using a 13-camera opto-electronic system and three force platforms. Data analysis included the computation of time-distance parameters, as well as the peak values for lower limb and trunk joint angles/moments. The third study followed a cross sectional design, where gait in chronic low back pain individuals was compared with matched controls. Step-to-step variability of the thoracic, lumbar and hips was calculated, and step-to-step deviations of these segments from their average pattern (residual rotations) were correlated to each other. The reliability studies in this thesis show that three-dimensional gait analysis is a reliable and consistent procedure for both chronic low back pain and healthy individuals. The results suggest varied reliability indices for multi-segment trunk joint angles, joint moments and time-distance parameters during gait, together with an acceptable level of error (particularly regarding sagittal plane). Our findings also show altered stride-to-stride variability of lumbar and thoracic segments and lower trunk joint moments in patients. These kinematic and kinetic results lend support to the notion that chronic low back pain individuals exhibit a protective movement strategy.

Efeito do exercício na biomecânica da marcha em crianças e adolescentes com paralisia cerebral

Tipo de Estudo: Revisão. Temática: Efeito do exercício na biomecânica da locomoção de crianças e adolescentes com paralisia cerebral que apresentam marcha em agachamento (designada como “crouch gait”). Objetivos: 1) verificar e analisar as metodologias de programas de treino de força que, combinados ou não com outros programas de treino, exercícios ou intervenções, visam melhorar o padrão da marcha e a funcionalidade destes indivíduos; 2) tendo por base os resultados do primeiro objetivo, compilar uma bateria de exercícios e propôr um exemplo de plano de treino adequado a esta população. Métodos: Usou-se o PICOS para a definição de uma estratégia de busca segura e confiável. A “PubMed”, “Cochrane” e “Web of Knowledge", foram as bases de dados selecionadas e utilizadas. A pesquisa aconteceu na Faculdade de Motricidade Humana e no Hospital de Santa Maria em Lisboa. A seleção final dos artigos decorreu no mês de Janeiro, durante uma semana, e foi realizada e rastreada por dois investigadores de forma diferente. Incluíram-se nesta revisão estudos randomizados e controlados, com crianças e adolescentes com paralisia cerebral e que apresentam “crouch gait”, e nos quais foram utilizados protocolos de exercício como método de intervenção nesta população, tendo em vista a melhoria do padrão de marcha. Resultados: Da pesquisa inicial resultaram 223 estudos. Com a leitura dos resumos, selecionaram-se 96. Excluíram-se 85 porque apenas 11 cumpriram com todos os critérios de eligibilidade. Foi avaliada a qualidade metodológica destes 11 estudos com a escala PEDro e excluíram-se 3, resultando em 8 artigos como potenciais estudos para a revisão. Discussão: Um melhor alinhamento biomecânico e a obtenção de uma base mais estável podem afetar positivamente a função da marcha nestas crianças. O treino da força, sozinho, nem sempre melhora a capacidade da marcha. A melhoria da marcha advém dos efeitos e resultados significativos da força muscular, da amplitude de movimento articular, da diminuição da espasticidade, da regulação do tónus e da melhoria do equilíbrio e da postura. Conclusão: O treino da força não é uma contra indicação para estes indivíduos. Este oferece efeitos benéficos para a melhoria das suas funcionalidades. Para um efeito significativo, a intervenção deve ser superior a seis (6) semanas.

Biomechanical and morphological adaptations in women during pregnancy and the postpartum period in walking

A gravidez é uma fase especial da vida, com diversas alterações nos sistemas hormonais, anatómicos, e na composição corporal da mulher. No entanto, não é claro que alterações biomecânicas tridimensionais ocorrerem. Através do acompanhamento da mulher na gravidez e pós-parto, os objetivos da presente tese foram: 1) determinar os parâmetros temporais e espaciais do ciclo da marcha; 2) descrever a cinemática angular do membro inferior; 3) calcular os momentos e potências articulares do tornozelo, joelho e coxofemoral, utilizando o cálculo por dinâmica inversa; 4) descrever as magnitudes dos picos dos momentos e potências articulares dos membros inferiores; 5) identificar possíveis diferenças entre as fases de recolha relativamente aos parâmetros biomecânicos; 6) descrever longitudinalmente a composição corporal as alterações morfológicas; 7) analisar a influência das alterações antropométricas na cinética articular. Os resultados mostram que as mulheres mantêm os parâmetros temporais e espaciais da marcha. A cinemática angular do membro inferior tem o mesmo padrão, no entanto, a magnitude de alguns picos, especialmente na bacia e coxofemoral durante a fase terminal do apoio, pré-balanço e de balanço, apresentam alterações significativas. A coxofemoral é a articulação com mais alterações na cinética articular, com um aumento da carga interna associada aos momentos articulares da coxofemoral no plano transversal. No entanto, diversos momentos e potências articulares revelam uma diminuição significativa para o final da gravidez e/ou um aumento entre alguns trimestres da gravidez e o pós-parto. Como esperado, a maioria das variáveis associadas à composição corporal e às dimensões corporais tem um aumento significativo durante a gravidez e uma diminuição no pós-parto. Os modelos desenvolvidos para prever a carga interna aplicada ao membro inferior da grávida através de variáveis antropométricas, incluem quatro modelos com variáveis associadas à quantidade de gordura, quatro modelos com variáveis associadas à massa corporal global, três modelos que incluem a massa livre de gordura, e um modelo que inclui a forma do tronco. Os altos valores do R2 ajustado, mostram que as alterações na composição corporal e morfologia, determinam em grande parte a cinética articular da mulher nesta fase particular da vida.